Муравьи-листорезы как производители грибов

Как утверждает энтомолог Тед Шульц из Смитсоновского национального музея естественной истории, «сельскохозяйственная деятельность в животном мире встречается крайне редко… нам известны только четыре группы животных, занимающихся такой деятельностью: муравьи, термиты, короеды и люди». Выращивающие грибы термиты, о которых мы скоро узнаем, существуют уже 30 миллионов лет. Изобретательная форма совместной жизни с грибами существует у общественных насекомых, а именно муравьев, несколько дольше. Применение современных молекулярно-биологических методов показывает: выращивание грибов восходит к общему предку муравьев и термитов, жившему около 50 миллионов лет назад. Различные «сельскохозяйственные» стратегии были развиты в особенности за последние 25 миллионов лет. Самую известную из этих стратегий используют муравьи-листорезы. Эти муравьи срезают листья и уносят их в муравейник, где питают листьями грибы. Один муравейник в течение дня заготавливает столько листьев, сколько съедает за тот же промежуток времени взрослая корова. Колонии муравьев рода Atta могут включать до восьми миллионов особей, что в сумме и составляет биомассу, равную по весу одной корове. Существует очень много муравейников такой величины! Неудивительно, что людям приходится отбиваться от этих шестиногих крестьян с помощью химических инсектицидов.

Методы микологического сельского хозяйства весьма разнообразны – приблизительно так же, как разнообразны сельскохозяйственные техники человека в зависимости от условий того или иного региона. Мы знаем муравьев-листорезов, которых науке известно больше 200 видов, принадлежащих к двум родам – Atta и Acromyrmex, но есть еще и траворезы, специализирующиеся на траве. То, что сами муравьи не едят листья, а используют их как субстрат для одного конкретного гриба, открыл натуралист Томас Бельт в 1874 году. Только после этого стали постепенно выясняться истинные размеры муравейников. До 150 миллионов рабочих самок сохраняют жизнь муравьиной матке, в каждый момент времени активны от двух до трех миллионов рабочих муравьев. Для того чтобы больше узнать о внутреннем устройстве муравейников и выявить камеры разведения грибов, бразильские ученые залили муравейник жидким гипсом, а потом извлекли из земли огромный затвердевший слепок. Муравейник оказался гигантским разветвленным сооружением площадью 50 квадратных метров и глубиной 8 метров. Было обнаружено до тысячи камер разной величины, из которых в 390 были обнаружены устроенные муравьями грибные огороды. В других ячейках находились остатки использованных листьев и отмершие части мицелиев. Нашлись и могилы, где муравьи хоронили своих собратьев.

Такая оживленная строительная деятельность имеет далеко идущие экологические последствия. Муравьи перемещают огромные объемы грунта, аэрируют почву и стимулируют круговорот питательных веществ, что важно для других организмов, и таким образом составляют существенную часть экосистемы. Почвы джунглей очень бедны питательными веществами, но работа муравьев-листорезов может увеличить их плодородие почти в десять раз!

Треугольник взаимоотношений на грибной ферме

Южноамериканские муравьи-листорезы родов Atta и Acromyrmex культивируют плесневый гриб Attamyces bromatificus. Теперь нам доподлинно известно, что в этом культивировании принимает участие и некая бактерия, так что в результате возникает тройной симбиоз. Муравьи приносят листья и другие фрагменты растений в муравейник и пережевывают добычу, превращая ее в кашицеобразную массу; она служит питательной средой для грибов, которые расщепляют целлюлозу, содержащуюся в тканях растений. Партнеры вынуждены очень осмотрительно общаться друг с другом, поскольку субстрат для грибов должен быть по возможности свободным от фунгицидов; кроме того, необходимо, чтобы продуцируемое грибами питание для муравьев было свободно от инсектицидов и муравьи могли бы усваивать его с легкостью. Значит, необходимо, чтобы вредные для насекомых вещества были заботливо расщеплены и разложены грибами.

Attamyces образует на концах своих гиф богатые белком утолщения, называемые гонгилидиями или броматиями; эти утолщения поставляют муравьям питательные вещества и белки. Но что делает в муравейнике третья сторона этого тройственного союза, бактерия из рода Streptomyces? Мы уже знаем, что антибактериальные и противогрибковые вещества не допускаются в систему, так как могут повредить двум участникам этого триумвирата. Но только этого и ждут сумчатые грибы рода Escovopsis, высокоспециализированные паразиты для грибов, используемых муравьями. Чтобы бороться с этой неприятностью, муравьи носят на своих брюшках колонии стрептомицетов, которые продуцируют специфические антибактериальные и противогрибковые вещества. Эти вещества не вредят партнерам по коалиции, но очень эффективно уничтожают незваных пришельцев, которые всегда рядом и готовы напасть. Таким образом, муравьи не только рационально ведут сельское хозяйство, но и с помощью полезных бактерий осуществляют целенаправленные гигиенические мероприятия. Есть, правда, и обратная сторона медали: муравьи становятся зависимыми от своих помощников – без грибов и бактерий колонии погибают.

В течение последних 20 миллионов лет сельское хозяйство муравьев становилось все более совершенным и специализированным. Эволюция и отбор – непрерывные процессы; они продолжаются в каждый момент в каждом месте, а в муравейниках, где насекомые выращивают грибы, эти процессы привели к возникновению высокоразвитых и сложных социальных структур. С любовью и неустанно различные касты муравейника-государства исполняют предписанные им обязанности по поддержанию порядка на грибной ферме. Эта ферма постоянно достраивается и совершенствуется, за ней преданно ухаживают. Наружные рабочие самки, разведчики, которые разыскивают подходящие кусты и деревья и оставляют на них пахучие метки, куда затем начинает тянуться бесконечная череда листорезов, – все это принадлежит государству-муравейнику, так же как рабочие самки, ухаживающие за урожаем, и мелкорослые солдаты-телохранители. Они сидят на обрывках листьев и защищают муравьев, несущих листья, от нападений других насекомых с воздуха. Специальные муравьи транспортируют листья, размельчают и пережевывают их, формируют из массы шарики, закладывают новые грибные огороды, контролируют состояние поверхностей, которые покрыты, как хлебной плесенью, нужными грибами. Состояние огородов постоянно контролируют и проверяют, чтобы на ферме все было в полном порядке; при необходимости муравьи очищают грибы от спор и гиф чужеродных плесневых грибов. Садовники откусывают концы гиф, чтобы образовывались не плодовые тела, а утолщения, содержащие белок, – гонгилидии. Откушенные куски гиф съедают другие рабочие самки или, как и в условиях настоящего садоводства, их пересаживают в новые места, туда, где грибов пока не хватает. Муравьи и грибы уже давно не могут обходиться друг без друга. Это настоящий, образцовый, можно сказать хрестоматийный, симбиоз.